第4節(jié)-熱敏傳感器講解材料

§4熱敏傳感器本節(jié)主要包括兩部分：一、熱電式測溫傳感器；二、熱敏電阻；一、熱電式測溫傳感器（一）工作原理

兩種不同的導體兩端相互緊密地連接在一起，組成閉合回路上述兩種不同導體的組合稱為熱電偶，其中導體A、B為熱電極，一個為工作端或熱端（T）；另一叫自由端或冷端（T0）。當兩接點溫度不等（T>T0）時，回路中就會產生電動勢，從而形成熱電流。這一現象稱為熱電效應?；芈分挟a生的電動勢稱為熱電勢。溫差電勢是在同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種熱電勢。熱電偶回路中的總電勢主要是由接觸電勢引起的?？傠妱轂椋航Y論：1、若熱電偶兩電極材料相同，則無論兩接點溫度如何，總熱電勢為零。2、若熱電偶兩接點溫度相同，盡管A、B材料不同，回路中總電勢等于零。3、熱電偶產生的熱電勢只與材料和接點溫度有關，與熱電偶的尺寸、形狀等無關。同樣材料的熱電極，其溫度和電勢的關系是一樣的。因此，熱電極材料相同的熱電偶可互換。4、熱電偶A、B在接點溫度為T1、T3時的熱電勢，等于此熱電偶在接點溫度為T1、T2與T2、T3兩個不同狀態(tài)下的熱電勢之和，即：5、當熱電極A、B選定后，熱電勢EAB（T,T0）是兩接點溫度T和T0的函數，即：(二)熱電偶中引入第三導體在A、B材料組成的熱電偶回路中接入第三導體C，只要引入的第三導體兩端溫差相同，則此導體的引入不會改變總電勢EAB（T,T0）的大小第三導體不宜采用與電極熱電性質相差很遠的材料(三)標準熱電極通常用純鉑（Pt）作為標準熱電極(四)熱電偶冷端溫度誤差及其補償熱電偶的輸出電壓與溫度成非線性關系，通過對應分度表，即可查得所測的溫度補償措施：1、0℃恒溫法2、冷端恒溫法在回路在中加入相應的修正電壓四臂電橋，其中三個橋臂電阻的溫度系數為零，另一橋臂采用銅電阻（RCu）（其值隨溫度變化）。如下圖所示取T0=20℃時電橋平衡（R1=R2=R3=RCu）3、冷端補償器法5.補正系數修正法設冷端溫度為tn，工作端測得溫度場的溫度為t1，其實際溫度為：4、采用不需要冷端補償的熱電偶鎳鈷－鎳鋁熱電偶在300℃以下，鎳鐵－鎳銅熱電偶在50℃以下，鎳銠30－鉑銠6熱電偶在50℃以下的熱電勢均非常小。熱電偶補正系數(五)常用熱電偶的特性(六)熱電偶的測量電路熱電偶的輸出電壓很小，通常每度只有數十微伏（μV），要求測量用的運算放大器的漂移必須很小，有關元件也需要認真選擇。K型熱電偶測量電路K型熱電偶的非線性誤差線性校正電路有多種實現方法，這里介紹一下高次多項式線性校正電路的實現。熱電偶的溫差電勢：其中T為溫度，a0、…、aN為系數可由切比雪夫（Chebyshev）展開式求得集成模擬乘法器能完成這一功能，用AD538構成校正電路，得：AD538的特性參數（Us=+15V,Ta=25℃）注：使用低于±13V電源電壓時，把10V基準電壓腳接至2V基準電壓腳AD538的內部結構框圖K型熱電偶線性校正電路有校正電路后只有約0.1％～0.2％的非線性誤差K型熱電偶校正前后溫度誤差特性分析二、熱敏電阻優(yōu)點:①靈敏度高,溫度變化1℃,阻值變化(1~6)%②體積小0.2mm③使用方便缺點:①非線形②元件穩(wěn)定性和互換性差（一）熱敏電阻結構和材料

電路符號:

結構:

1.熱敏探頭2.引線3.殼體外形：a.圓片型b.薄膜型c.桿型d.管型e.平板型f.珠型g.扁圓形h.墊圈型i.桿型（金屬帽引出）材料：常見材料：金屬氧化物半導體

Mn3O4、CuO、NiO、Co3O4、Fe2O3、

TiO2、MgO、V2O5、ZnO等兩種或兩種以上材料進行：混合－成型－燒結電阻率ρ和材料常數B決定

（二）基本參數1.標稱阻值

25℃時的阻值(25℃±0.2℃)

(環(huán)境25℃~27℃)

α25:

25℃電阻溫度系數2.材料常數B(K)

△E:激活能

3.電阻溫度系數αt4.時間常數τ（s）

熱敏電阻隨溫度變化從起始到最終變化量的63.2%所需的時間

C:熱容量H：耗散量5.耗散系數H(mw/℃)

熱敏電阻溫度變化1℃所消耗的功率6.最高工作溫度Tmax

T0：環(huán)境溫度

PE：額定功率H：耗散系數7.額定功率PE

在規(guī)定的技術條件下，長期連續(xù)工作的允許的耗散功率8.測量功率PC(W)

在規(guī)定的環(huán)境溫度下，電阻由測量電流加熱而引起阻值變化，不超過0.1％時所消耗功率

（三）主要特性

1.電阻與溫度特性

①負溫度系數熱敏電阻的特性

——溫度為T、T0時的熱敏電阻——負電阻溫度系數熱敏電阻的材料系數、對數:②正溫度系數熱敏電阻的特性——溫度為T、T0時的熱敏電阻——正電阻溫度系數熱敏電阻的材料系數2.熱敏電阻的伏安特性①負溫度系數熱敏電阻的伏—安特性——環(huán)境溫度0-a:測溫b-c:開關c-d:驅動②正溫度系數熱敏電阻的伏－安特性（四）熱敏電阻的測溫電路非線性線性互換性一致（1）多諧振蕩器溫度—頻率轉換電路其中：R1、R2構成放大器的再生反饋

R、C組成RC充放電回路R3為限流電阻正反饋系數：令：所以：通過適當調整兩條曲線的形狀和位置，可使其在相交點（T0,R0）附近一定范圍內，曲線保持線性（見下圖）五.熱敏電阻的應用（1）測溫測量原理及電路圖（2）溫度補償利用熱敏電阻器Rt補償晶體管靜態(tài)工作點的變化（3）溫度控制繼電器電流隨時間變化特性環(huán)境溫度與產生繼電效應的關系熱敏電阻器控溫簡化電路（4）流量測定用PTC熱敏電阻器測量液體或氣體流速電路廣州日成高電子科技有限公司PTC熱敏電阻器1.應用范圍：電子鎮(zhèn)流器（節(jié)能燈、電子變壓器、萬用表、智能電度表）等的過流過熱保護，直接串聯(lián)在負載電路中，在線路出現異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當故障排除后又恢復原態(tài)，俗稱“萬次保險絲”。2.特點：無觸點的電路及元器件保護，自動限制過電流，故障排除后自動恢復，工作時無噪音無火花，工作可靠、使用方便3.應用原理：將MZ12A型PTC熱敏電阻器串聯(lián)在電源回路中，當電路處于正常狀態(tài)時，流過PTC的電流小于額定電流，PTC處于常態(tài)，阻值很小，不會影響電子鎮(zhèn)流器（節(jié)能燈、變壓器、萬用表）等被保護電路的正常工作。當電路電流大大超過額定電流時，PTC陡然發(fā)熱，阻值驟增至高阻態(tài)，從而限制或阻斷電流，保護電路不受損壞。電流電流回復正常后，PTC亦自動回復至低阻態(tài)，電路恢復正常工作。（5）實例分析特點：將高精度、高可靠的NTC熱敏電阻器與PVC導線連接，用絕緣、導熱、防水材料封裝成所需要的形狀，便于安裝與遠距離測控溫。廣州日成高電子科技有限公司精密